Методические указания решению задачи №1
В цепях постоянного напряжения через диэлектрик длительно протекает незначительный ток, обусловленный движением свободных зарядов. Он называется сквозной проводимостью или током утечки. Ток утечки равен сумме объемного IV и поверхностного IS токов:
.
Токи IV и IS можно определить по закону Ома:
;
;
где
– объемное сопротивление образца;
-
поверхностное сопротивление.
Диэлектрическая проницаемость ε позволяет определить способность диэлектрика образовывать электрическую емкость. Емкость плоского конденсатора С с двумя металлическими обкладками прямо пропорциональна диэлектрической проницаемости материала, заключенного между обкладками:
,
где h – высота диэлектрика, м;
– площадь
одной обкладки, м2;
ε0 – 8,85×10-12 Ф/м – электрическая постоянная.
Диэлектрическая проницаемость материалов ε зависит от интенсивности процессов поляризации, протекающих в диэлектриках под воздействием внешнего электрического поля. Различают четыре основных вида поляризации: электронную, дипольную, ионную и спонтанную.
Электронная поляризация - упругое смещение электронных оболочек относительно ядра в атомах диэлектрика. Она характерна для всех без исключения диэлектриков.
При электронной поляризации ε = 1...2,2.
Дипольная поляризация представляет собой поворот полярных молекул и наблюдается только в диэлектриках, состоящих из электрически заряженных молекул с ковалентными связями.
При дипольной поляризации ε = 3...8.
Ионная поляризация представляет собой упругое смещение ионов относительно узлов кристаллической решетки. Одновременно с ней в материале протекает и электронная поляризация.
При ионной поляризации ε = 8...20.
Спонтанная поляризация протекает в диэлектриках особого вида, называемых сегнетоэлектриками. При такой поляризации ε достигает значений 1500…1800 и более.
Активная мощность, выделяющаяся в проводнике, не зависит от характера напряжения - она одинакова как при действии постоянного напряжения, так и действующего значения переменного напряжения. Если такой опыт провести с диэлектриком, то мощность при переменном напряжении будет больше.
Активную
мощность, выделяющуюся в диэл ектрике
при постоянном напряжении можно
определить по формуле:
,
где
U
–
постоянное напряжение, приложенное к
диэлектрику, В;
I – ток утечки через диэлектрик, А.
При
переменном напряжении активная мощность,
выделившаяся в диэлектрике, определяется
по формуле
,
U – действующее значение переменного напряжения, приложенного к диэлектрику, В;
f – частота, Гц;
C – емкость образца, Ф;
tgδ – тангенс угла диэлектрических потерь.
Выделяющуюся в диэлектрике активную мощность называют мощностью потерь или просто диэлектрическими потерями. Для сравнения характеристик диэлектриков пользуются удельными потерями, т. е. потерями в 1 м3 материала:
[Вт/м3],
где
– объем исследуемого образца.
При решении задачи следует сравнить удельные потери на постоянном и переменном токе с частотами f1, f2, f3.
Более подробно материал по данной теме изложен [5, 8]